如何使用TDA2040和功率晶体管构建一个40W放大器

功率放大器是声音电子的一部分。它旨在最大化给定输入信号的功率幅度。在声音电子学中，运算放大器增加了信号的电压，但无法提供驱动负载所需的电流。在本教程中，我们将使用 TDA2040 功率放大器 IC 和两个功率晶体管构建一个 40W 放大器，并连接一个 4 欧姆阻抗扬声器。

放大器的结构拓扑

在放大器链系统中，功率放大器用于负载前的最后或最后阶段。通常，声音放大器系统使用以下拓扑结构，如框图所示

如上框图所示，功率放大器是直接连接到负载的最后一级。通常，在功率放大器之前，使用前置放大器和电压控制放大器校正信号。此外，在某些情况下，如果需要音调控制，则在功率放大器之前添加音调控制电路。

了解您的负载

在音频放大器系统的情况下，放大器的负载和负载驱动能力是结构中的一个重要方面。功率放大器的主要负载是扬声器。功率放大器的输出取决于负载阻抗，因此连接不正确的负载可能会影响功率放大器的效率和稳定性。

扬声器是一个巨大的负载，充当感性和电阻性负载。功率放大器提供交流输出，因此扬声器的阻抗是正确功率传输的关键因素。

阻抗是电子电路或元件对交流电的有效电阻，由与欧姆电阻和电抗相关的综合效应产生。

在音频电子中，不同类型的扬声器具有不同的阻抗，具有不同的瓦数。扬声器阻抗可以通过管道内水流之间的关系来最好地理解。就把扬声器想象成水管，流过水管的水就是交替的音频信号。现在，如果管道的直径变大，水就很容易流过管道，水量就会变大，如果我们减小直径，流过管道的水就越少，所以水量就会越小。直径是由欧姆电阻和电抗产生的效应。如果管道直径变大，阻抗会很低，因此扬声器可以获得更多的瓦数，放大器提供更多的功率传输场景，如果阻抗变高，则放大器将为扬声器提供更少的功率。

市场上有不同的选择以及不同细分市场的扬声器，通常有 4 欧姆、8 欧姆、16 欧姆和 32 欧姆，其中 4 欧姆和 8 欧姆扬声器以便宜的价格广泛可用。此外，我们需要了解，具有 5 瓦、6 瓦或 10 瓦甚至更高的放大器是 RMS（均方根）瓦数，由放大器在连续运行中输送到特定负载。

因此，我们需要注意扬声器额定值、放大器额定值、扬声器效率和阻抗。

简单40W放大器的结构

在之前的教程中，我们使用运算放大器和功率晶体管制作了10瓦放大器，还使用TDA2040构建了25瓦放大器。但在本教程中，我们将构建一个40W 功率放大器，它将驱动一个 4 欧姆阻抗扬声器。我们将使用与25瓦功率放大器相同的TDA2040，但要获得40 瓦功率输出，我们将使用额外的功率晶体管。

在上图中，显示了TDA2040。它可以在大多数通用的在线商店以及eBay上购买。该封装称为“Pentawatt”封装，具有 5 个输出引脚。引脚排列图非常简单，可在数据表中找到，

卡舌连接到引脚 3 或 –Vs（负电源）。更不用说，与选项卡连接的散热器也获得相同的连接。

如果我们查看数据表，我们还可以看到该功率放大器IC的功能

IC的功能非常好。它提供接地短路保护。此外，由于过载情况，热保护将提供额外的安全功能。正如我们所看到的，如果连接了具有+/- 17V输出的分离电源，TDA2040能够为4欧姆负载提供25瓦输出。在这种情况下，THD（总谐波失真）将为0.5%。在相同的配置中，如果我们获得 30 瓦的功率输出，THD 将变为 10%。

此外，数据表中还有另一个图表，它提供了电源电压和输出功率之间的关系。

如果我们看到图表，如果我们使用输出超过 26V 的分体式电源，我们可以实现 15Watt 以上的输出功率。

因此，正如我们已经看到的那样，通过TDA25可以实现2040瓦的连续输出。但我们想制造40瓦功率放大器。因此，这额外的15瓦，我们需要添加两个功率晶体管NPN和PNP，以在4欧姆扬声器上提供额外的放大和输出功率。

为了实现这种额外的功率放大，我们使用了配对对晶体管BD712和BD711功率晶体管。两款晶体管均采用 TO-220C 封装。

BD711 和 BD712 的引脚图为

为了在不损害 THD 的情况下实现完美运行，我们需要一个 36V 电源来实现 40 瓦输出。虽然该电路可以使用15V至40VDC供电。

必需组件

为了构建电路，我们需要以下组件-

Vero 板（任何人都可以使用虚线或连接）

烙铁

焊锡丝

钳子和剥线钳工具

电线

铝制散热器 KS-58

36V 单电源

4 欧姆 40 瓦扬声器

4 个 1.5R 电阻器 1/2 瓦电阻器

4个100k电阻器1/4千瓦特

12k 电阻器

额定功率为 2 瓦的 1R 电阻器

470nF 电容器

100uF电容

TDA2040

1N4148 二极管两个

220nF 电容器

2200uF电容

4.7uF电容

BD711 和 BD712 晶体管对。

电路图及说明

原理图是40瓦音频放大器非常简单;TDA2040正在放大信号并提供25瓦RMS瓦数。额外的功率放大是使用BD711和BD712晶体管对完成的。输入电容470nF是隔直电容，只允许交流信号通过。一个主要问题是单电源电压。由于放大器采用单电源供电，因此需要将输入信号提升到几伏以上，以便放大器可以在正负峰值中放大信号。电阻R6、R9和R7、R8为功率晶体管和功率放大器提供偏置电压。R10 和 C5 是缓冲器或 RC 钳位电路，用于保护放大器免受扬声器的巨大电感负载的影响。

测试 40 瓦放大器电路

我们使用变形杆菌仿真工具来检查电路的输出;我们测量了虚拟示波器中的输出。您可以查看下面给出的完整演示视频。

我们使用36VDC为电路供电，并提供输入正弦信号。示波器连接在输出端，通道 A 上负载为 4 欧姆（黄色），输入信号连接在通道 B（蓝色）上。

我们可以在视频中看到输入信号和放大输出之间的输出差异：-

此外，我们检查了输出功率，如前所述，放大器功率高度依赖于多种因素。它高度依赖于扬声器阻抗、扬声器效率、放大器效率、结构拓扑、总谐波失真等。我们无法考虑或计算所有可能的因素，这些因素都是在放大器功率中产生的依赖性。实际电路与仿真不同，因为在检查或测试输出时需要考虑许多因素。

放大器功率计算

我们用一个简单的公式来计算放大器的瓦数-

Amplifier Wattage = V2 / R

我们在输出端连接了一个交流万用表。万用表中显示的交流电压是峰峰值交流电压。

我们提供了非常低频正弦信号200Hz。与低频一样，放大器将向负载提供更多电流，万用表将能够正确检测交流电压。

万用表显示+12.5V AC。因此，根据公式，功率放大器在 4 欧姆负载下的输出为

Amplifier Wattage = 12.52 / 4

Amplifier Wattage =

39.06 

(40W approximately)

构建 40W 放大器时要记住的事情

在构建电路时，功率放大器TDA2040需要与散热器正确连接。散热器越大，效果越好。此外，最好使用音频级额定箱型电容器以获得更好的效果。

将PCB用于音频相关应用始终是一个不错的选择.构建PCB的最佳方法是参考IC制造商指南。

使音频信号走线尽可能短，以减少不必要的噪声耦合。

功率晶体管需要与适当的散热器连接。可以使用KS-58系列散热器。

请勿使用单个大散热器并修复TDA2040、BD711和BD712。对单独的组件使用单独的散热器，否则会出现短路情况。

小心扬声器功率，否则扬声器可能会被烧毁和损坏。

不要移除箝位或缓冲电路，这对功率晶体管和功率放大器的安全至关重要。

不要在放大器中施加大的放大信号，THD会增加。